膵臓がんの早期かつ正確な診断は、患者の生存率向上の核心的突破口です。エクソソームに基づく液体生検は大きな潜在能力を示し広く注目されていますが、現存する血液中の膵臓がんエクソソーム分離法は2つの大きな課題に直面しています。層流マイクロ流体チップ内の反応効率の低さと、高特異性の腫瘍エクソソームタンパク標的の欠如により、分離の特異性と効率が著しく制限されます。これらの課題に対処するため、本研究ではフェニルボロン酸機能化された3次元ナノ魚骨マイクロ流体チップを構築し、腫瘍エクソソーム表面に異常に高発現する糖鎖のシス-ジオール構造とフェニルボロン酸間の共有結合を利用して、腫瘍エクソソームの広範かつ高親和性の認識を実現しました。同時に、秩序立ったナノ魚骨アレイは微渦流を誘導し、層流境界層を突破してエクソソームとチップ界面の衝突および結合効率を著しく向上させます。結果として、本チップはPANC‑1、SW1990、PACA‑2の3種の膵臓がん細胞由来エクソソームの捕捉効率が約85％に達し、正常膵細胞hTERT‑HPNE由来のエクソソームは非常に弱い結合を示しました。ペプチドN-グリコシダーゼF（PNGase F）でN-糖鎖を切断した腫瘍エクソソームはほぼ完全に捕捉能を喪失し、チップの特異的捕捉が糖鎖認識に依存していることが裏付けられました。この基盤上で、チップはさらにインシチュ酵素蛍光シグナル増幅を統合し、同一試料中の前立腺特異的膜抗原（PSMA）、癌胚抗原（CEA）、ムチン-1（MUC‑1）、ヌクレオリン（NCL）、タンパク質チロシンキナーゼ-7（PTK7）、および上皮細胞接着分子（EpCAM）の6種の膵臓がん関連膜タンパクマーカーの同時分子タイピングを成功させました。6種のマーカーはすべて腫瘍エクソソームで顕著に高発現し、異なる細胞株は特徴的な発現プロファイルを示し、本チップが腫瘍由来および正常由来のエクソソームを区別し、膵臓がんの分子サブタイプを識別する能力を有していることを示しました。本研究は、糖鎖認識、高効率流体輸送、多標的分子タイピングを一体化し、抗体に依存しない高特異性かつ多次元情報出力を有する膵臓がん早期液体生検の新技術プラットフォームを提供し、膵臓がんの臨床的精密診断および分子タイピングにおいて重要な応用展望を示しています。

マイクロ流体チップ; エクソソーム; 液体生検; 疾患バイオマーカー; 膵臓がん診断